本書全面介紹了與陶瓷材料科學與工程有關的基礎知識與專業(yè)知識，主要內(nèi)容涵蓋陶瓷概論、陶瓷結構基礎、陶瓷晶體結構、熔體與玻璃體、陶瓷晶體缺陷、陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng)、陶瓷相圖、固體擴散、陶瓷相變、固相反應、陶瓷燒結，以及陶瓷的力學性能、熱學性能、導電性能、磁性能、光學性能、敏感特性等。還系統(tǒng)介紹了結構陶瓷、功能陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷的組成、結構、性能及其與制備工藝之間的聯(lián)系，以及它們在各個領域中的諸多應用。
全書突出科學性、前瞻性，同時兼顧實用性。本書可供從事功能陶瓷材料應用與研究、元器件生產(chǎn)開發(fā)的科技人員參考，也可作為高等學校先進陶瓷材料、無機非金屬材料和新材料等專業(yè)的教學參考書或教材。

陶瓷材料是材料領域研究最為活躍、發(fā)展最為迅速、應用最為廣泛的分支之一，它承載著古老的中華文明，成為國民經(jīng)濟和人民生活中不可缺少的重要組成部分。近年來，計算機、通信、信息、新能源、生物、空間等現(xiàn)代技術的迅速發(fā)展對陶瓷材料提出越來越高的要求，出現(xiàn)了如高溫陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、超導陶瓷等諸多新型陶瓷材料，并朝著復合化、多功能化、低維化、智能化方向發(fā)展。隨著新型結構陶瓷和功能陶瓷的迅猛發(fā)展，陶瓷材料的研究和應用將進入一個嶄新的發(fā)展時期，將會有更多的新型陶瓷材料在國防、機械、冶金、化工、建筑、電子、生物等行業(yè)或領域獲得推廣與應用。
自從我國高校專業(yè)改革以來，各個學校的材料相關專業(yè)幾乎都將原有的細分專業(yè)進行了整合與拓寬，如在原來金屬材料專業(yè)的基礎上增加無機非金屬材料方向課程等。為了有效地讓讀者和學生全面了解陶瓷材料，在較短的時間內(nèi)掌握更多的陶瓷知識，本書綜合了陶瓷材料科學與工程的基礎內(nèi)容，系統(tǒng)地將陶瓷材料的相關知識點進行了呈現(xiàn)。
全書根據(jù)材料科學與工程專業(yè)的教學計劃和特點，依照科學性、先進性和系統(tǒng)性的原則，綜合了國內(nèi)現(xiàn)有教材和技術書籍的有益內(nèi)容，吸收了國內(nèi)外陶瓷材料科學的新技術和新成果，并結合編著者多年來的教學與長期實踐經(jīng)驗編寫了本書。本書內(nèi)容主要包括兩個方面。一方面是陶瓷的基礎理論知識，全面地介紹了陶瓷的晶體結構、晶體缺陷理論、熔體與玻璃體、陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng)、陶瓷相圖以及擴散、相變、固相反應和燒結等動力學理論。另一方面，以陶瓷的力學、熱學、電學、磁學、光學及半導體等性能為主線，系統(tǒng)地介紹了結構陶瓷、功能陶瓷和傳統(tǒng)陶瓷的組成、結構、性能及其與制備工藝之間的聯(lián)系，以及在各個領域中的應用等。
本書在編寫時還重點介紹了陶瓷材料領域基礎知識與專業(yè)知識的應用，同時兼顧了與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P的傳統(tǒng)陶瓷方面的相關內(nèi)容，這也是本書的重要特色。本書由多位作者合作完成，分工各有側重。其中，第1、20、21章由趙敬忠教授編寫，第2~11章由任鵬榮教授編寫，第12~14章由宮溢超副教授編寫，第15~19章由湯玉斐教授編寫。任帥博士參與部分前期工作，提出了許多建設性的修改意見。本書由趙敬忠教授進行統(tǒng)稿，湯玉斐教授對全書進行了校對。本書可以作為材料類專業(yè)的教材，對于相關專業(yè)研究生和工程技術人員而言，也具有重要的參考價值。
由于編著者水平有限，加之陶瓷材料的前沿研究領域日新月異，書中不妥之處在所難免，懇請廣大讀者和專家批評和指正。

編著者
2024年5月

第1章陶瓷概論 001
1.1陶瓷的概念與分類 001
1.1.1陶瓷的概念 001
1.1.2陶瓷的分類 001
1.2陶瓷的制備工藝概述 003
1.2.1原料與坯料制備 003
1.2.2陶瓷成型 005
1.2.3陶瓷燒結 007

第2章陶瓷結構基礎 009
2.1原子結構 009
2.1.1原子的電子結構 009
2.1.2原子半徑 010
2.1.3電負性 011
2.2化學鍵 011
2.2.1離子鍵 011
2.2.2共價鍵 012
2.2.3混合鍵 012
2.3離子晶體的結構與性質(zhì) 015
2.3.1晶格能 015
2.3.2配位數(shù)與配位多面體 017
2.3.3離子的極化 017
2.3.4鮑林規(guī)則 019

第3章陶瓷晶體結構 021
3.1二元化合物結構 021
3.1.1MX結構 021
3.1.2MX2與M2X結構 024
3.1.3M2X3結構 026
3.2典型多元化合物結構 027
3.2.1鈣鈦礦型結構 027
3.2.2尖晶石型結構 028
3.2.3橄欖石型結構 029
3.3硅酸鹽結構 030
3.3.1島狀 031
3.3.2組群狀 031
3.3.3鏈狀 032
3.3.4層狀 033
3.3.5架狀 037

第4章熔體與玻璃體 040
4.1非晶體 040
4.2熔體的結構與性質(zhì) 041
4.2.1熔體的結構 041
4.2.2熔體的性質(zhì) 042
4.3玻璃的通性與結構 046
4.3.1玻璃的通性 046
4.3.2玻璃的結構 047
4.4玻璃的性質(zhì) 048
4.4.1光學性質(zhì) 048
4.4.2力學性質(zhì) 049
4.4.3熱學性質(zhì) 049
4.4.4電學性質(zhì) 049

第5章陶瓷晶體缺陷 050
5.1點缺陷 050
5.1.1點缺陷的分類 050
5.1.2點缺陷符號 051
5.1.3點缺陷反應式 052
5.2固溶體 054
5.2.1固溶體的分類 055
5.2.2置換固溶體 055
5.2.3間隙固溶體 056
5.2.4固溶體的性質(zhì) 057
5.2.5固溶體的研究方法 060
5.3非化學計量化合物 063
5.3.1非化學計量化合物的形成 063
5.3.2非化學計量化合物的分類 063

第6章陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng) 066
6.1黏土-水系統(tǒng)膠體化學 066
6.1.1黏土的帶電性 067
6.1.2黏土的離子吸附和交換 068
6.1.3黏土膠體的電動性質(zhì) 069
6.1.4黏土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 071
6.2非黏土分散系統(tǒng) 076
6.2.1非黏土泥漿體的懸浮 076
6.2.2瘠性料的塑化 078

第7章陶瓷相圖 080
7.1相平衡與相圖 080
7.1.1基本概念 080
7.1.2相平衡 084
7.2單元系統(tǒng)相圖 085
7.2.1水的相圖 085
7.2.2具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖 086
7.2.3單元系統(tǒng)相圖的應用 087
7.3二元系統(tǒng)相圖 090
7.3.1二元系統(tǒng)相圖的基本類型 091
7.3.2二元系統(tǒng)相圖應用 097
7.4三元系統(tǒng)相圖 100
7.4.1三元系統(tǒng)組成表示法 100
7.4.2判斷三元系統(tǒng)相圖的幾條重要規(guī)則 100
7.4.3三元系統(tǒng)相圖的基本類型 102
7.4.4三元系統(tǒng)相圖應用 109

第8章固體擴散 114
8.1固體中質(zhì)點擴散的特點與唯象理論 114
8.1.1固體中質(zhì)點擴散的特點 114
8.1.2菲克定律 115
8.2擴散機制和擴散系數(shù) 116
8.2.1擴散的微觀機制 116
8.2.2擴散系數(shù) 117
8.3固體中的擴散 118
8.3.1離子型晶體中的擴散 118
8.3.2共價晶體中的擴散 119
8.3.3非化學計量化合物中的擴散 119
8.4影響擴散的因素 122
8.4.1晶體組成的復雜性 122
8.4.2化學鍵的影響 122
8.4.3結構缺陷的影響 123
8.4.4溫度的影響 123
8.4.5雜質(zhì)的影響 124
8.4.6過飽和空位及位錯的影響 125

第9章陶瓷相變 126
9.1相變的分類 126
9.1.1按熱力學分類的陶瓷相變 126
9.1.2按結構變化分類的陶瓷相變 128
9.1.3按質(zhì)點遷移特征分類的陶瓷相變 129
9.1.4按動力學分類的陶瓷相變 129
9.2固態(tài)相變 129
9.2.1固態(tài)相變的特點 129
9.2.2陶瓷的馬氏體轉(zhuǎn)變 130
9.2.3擴散型固態(tài)相變 131
9.3相變過程熱力學 132
9.3.1相變過程的不平衡狀態(tài)及亞穩(wěn)區(qū) 132
9.3.2相變過程推動力 133
9.4相變過程動力學 135
9.4.1晶核形成過程動力學 135
9.4.2晶體生長動力學 137
9.4.3總結晶率 138
9.4.4析晶過程 140
9.4.5影響析晶能力的因素 141

第10章固相反應 142
10.1固相反應的類型 142
10.2固相反應的特點 143
10.3固相反應的機理 143
10.4固相反應動力學 144
10.4.1一般動力學關系 144
10.4.2化學反應控制的反應動力學 146
10.4.3擴散控制的反應動力學 147
10.5影響固相反應的因素 151
10.5.1反應物化學組成與結構 151
10.5.2反應物顆粒尺寸及分布 152
10.5.3反應溫度、壓力與氣氛 153
10.5.4礦化劑及其他影響因素 153

第11章陶瓷燒結 154
11.1燒結推動力及燒結模型 154
11.1.1燒結過程 154
11.1.2燒結推動力 155
11.1.3燒結模型 155
11.2燒結機制 157
11.2.1蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 157
11.2.2溶解-沉淀傳質(zhì) 157
11.2.3流動傳質(zhì) 158
11.2.4擴散傳質(zhì) 159
11.3晶粒生長與二次再結晶 160
11.3.1晶粒生長 160
11.3.2初次再結晶 164
11.3.3二次再結晶 165
11.4影響燒結的因素 167
11.4.1原始粉料的粒度 167
11.4.2物料活性 167
11.4.3外加劑 167
11.4.4其他因素 168

第12章陶瓷的力學性能 171
12.1陶瓷的彈性 171
12.1.1陶瓷的彈性變形與彈性模量 171
12.1.2顯微結構對彈性模量的影響 172
12.2陶瓷材料的硬度 173
12.2.1陶瓷的硬度 174
12.2.2高溫硬度 174
12.2.3硬度與其他性能之間的關系 175
12.3陶瓷材料的強度 175
12.3.1陶瓷的強度理論 176
12.3.2影響強度的因素 177
12.3.3溫度對強度的影響 179
12.4陶瓷材料的塑性變形和蠕變 180
12.4.1陶瓷材料的塑性變形行為 181
12.4.2陶瓷材料的蠕變 183
12.5陶瓷材料的脆性 185
12.6陶瓷材料的疲勞特性 188
12.7陶瓷材料的強韌化 190
12.7.1相變增韌 190
12.7.2微裂紋增韌 191
12.7.3裂紋偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)增韌 192
12.7.4晶須 纖維增韌 192
12.7.5疇轉(zhuǎn)和孿晶增韌 193
12.7.6自增韌 193

第13章陶瓷的熱學性能 194
13.1陶瓷熱學性能的一般表征 194
13.1.1比熱容 194
13.1.2熱膨脹系數(shù) 195
13.1.3熱導率 198
13.2熱應力 201
13.3抗熱震性 202
13.3.1熱震斷裂 202
13.3.2抗熱震損傷 203
13.3.3影響陶瓷抗熱震性的主要因素 204
13.4耐火陶瓷 205
13.4.1耐熱陶瓷 205
13.4.2熱交換器和陶瓷發(fā)熱體 205
13.4.3低熱膨脹陶瓷 207

第14章典型結構陶瓷 208
14.1氧化物陶瓷 208
14.1.1氧化鋁陶瓷 208
14.1.2氧化鋯陶瓷 211
14.1.3氧化鎂陶瓷 213
14.2氮化物陶瓷 214
14.2.1氮化硅陶瓷 214
14.2.2氮化鋁陶瓷 218
14.2.3氮化硼陶瓷 219
14.3碳化物陶瓷 220
14.3.1碳化硅陶瓷 220
14.3.2碳化硼陶瓷 222

第15章陶瓷的導電性能 224
15.1陶瓷導電概述 224
15.1.1陶瓷導電特點 224
15.1.2陶瓷導電的影響因素 224
15.2離子導電 225
15.2.1離子導電的特點 225
15.2.2離子導體 226
15.3電子導電 226
15.3.1電子導電的特點 226
15.3.2氧分壓的影響 227
15.3.3電價控制半導體 227
15.4高溫超導氧化物 227
15.4.1超導電現(xiàn)象 227
15.4.2高溫超導氧化物的性質(zhì) 228
15.4.3超導材料的應用 230
15.5表面荷正電氧化物 230
15.5.1氧化物表面荷電特性 230
15.5.2氧空位對表面電性能的影響 231

第16章陶瓷的介電性能 232
16.1電介質(zhì)陶瓷 232
16.1.1電介質(zhì)陶瓷的基本性質(zhì) 232
16.1.2電絕緣陶瓷和電容器陶瓷 233
16.2鐵電陶瓷 235
16.2.1鈦酸鋇晶體結構和性質(zhì) 235
16.2.2鈦酸鋇基鐵電陶瓷的組成、結構、性質(zhì)和應用 236
16.2.3反鐵電陶瓷 238
16.3壓電陶瓷 239
16.3.1壓電效應 239
16.3.2壓電陶瓷的性能參數(shù) 239
16.3.3壓電陶瓷的應用 242
16.4熱釋電陶瓷 243
16.4.1熱釋電效應 243
16.4.2熱釋電陶瓷材料 243

第17章陶瓷的磁性能 245
17.1順磁性和抗磁性 245
17.1.1順磁性 245
17.1.2抗磁性 247
17.2鐵磁性 247
17.2.1鐵磁性和磁疇 247
17.2.2磁滯回線 249
17.2.3磁泡疇 251
17.3反鐵磁性和亞鐵磁性與鐵氧體 252
17.3.1反鐵磁性 252
17.3.2亞鐵磁性 254
17.3.3鐵氧體 254
17.4其他磁性能 260
17.4.1磁各向異性 260
17.4.2磁致伸縮 261
17.4.3巨磁阻效應 263
17.4.4磁光效應 264
17.4.5熱磁效應 265
17.5應用磁性材料 265
17.5.1磁記錄材料 265
17.5.2稀土永磁材料 266

第18章陶瓷的光學性能 268
18.1光在介質(zhì)中的傳播 268
18.1.1折射 268
18.1.2反射和透射 269
18.2光學窗口材料和薄膜光學 270
18.2.1光學窗口材料 270
18.2.2薄膜光學 272
18.2.3透明導電膜 272
18.3陶瓷半導體的光學性質(zhì) 274
18.3.1本征光吸收 274
18.3.2光電導效應 274
18.3.3光催化效應 275

第19章陶瓷的敏感特性 277
19.1敏感陶瓷概述 277
19.1.1敏感陶瓷分類 277
19.1.2敏感陶瓷的結構與性能 277
19.2熱敏陶瓷 279
19.2.1熱敏陶瓷的基本性能與參數(shù) 279
19.2.2PTC熱敏陶瓷 282
19.2.3NTC熱敏陶瓷 284
19.2.4CTR熱敏陶瓷 285
19.3氣敏陶瓷 286
19.3.1氣敏陶瓷的特性 286
19.3.2氣敏機理 289
19.3.3氣敏陶瓷分類 290
19.3.4典型的氣敏半導體陶瓷 291
19.4濕敏陶瓷 293
19.4.1濕敏陶瓷的主要特性 293
19.4.2濕敏機理 296
19.4.3濕敏陶瓷材料的應用 297
19.5壓敏陶瓷 298
19.5.1壓敏陶瓷的電參數(shù) 298
19.5.2氧化鋅壓敏陶瓷 299
19.5.3壓敏陶瓷的應用 301
19.6光敏陶瓷 302
19.6.1光敏陶瓷的主要特性 302
19.6.2光敏陶瓷的應用 304
19.6.3太陽能電池 304

第20章傳統(tǒng)陶瓷 307
20.1陶器 308
20.1.1陶器的種類和性質(zhì) 308
20.1.2磚瓦 308
20.1.3精陶 309
20.2炻器 311
20.3瓷器 312
20.3.1瓷器的種類 312
20.3.2長石質(zhì)瓷 312
20.3.3鎂質(zhì)瓷 314
20.3.4骨質(zhì)瓷 314
20.4陶瓷釉 315
20.4.1釉的作用及特點 315
20.4.2釉的類型 316
20.4.3釉的性質(zhì) 317
20.4.4釉的化學性質(zhì) 322
20.4.5釉的光學性質(zhì) 322

第21章陶瓷的顯微結構 324
21.1陶瓷材料顯微結構的組成 324
21.1.1陶瓷材料中的晶體相 325
21.1.2陶瓷材料中的玻璃相 328
21.1.3陶瓷材料中的氣孔相 329
21.2陶瓷的顯微結構分析 330
21.2.1微觀結構分析 330
21.2.2表面和界面分析 332
21.2.3氣孔率分析 333

參考文獻 336